Использование СХД с поддержкой NVMe: революционное решение в управлении данными

С увеличением объема информации, корпоративные структуры сталкиваются с проблемой эффективности обработки и хранения данных. Сложности часто возникают с нагрузкой на систему ввиду перегруженности серверов, а также задержки и скорости обработки информации. Чтобы ускорить процессы и решить подобные задачи, одним из выходов из ситуации является внедрение СХД с поддержкой интерфейса NMVe. В чем преимущество NMVe, и почему за ним стоит будущее, об этом речь пойдет в нашей статье.

Что такое NVMe?

NVMe — это протокол открытых стандартов для цифровой связи между серверами и энергонезависимой памятью. Для большинства людей энергонезависимая память означает твердотельные накопители. Протокол NVMe предназначен для передачи сигналов по шине PCIe или структуре хранения.

Ожидается, что NVMe станет преемником протоколов на основе SCSI (SAS и SATA) для флэш-носителей. Это потому, что он был разработан для флэш-памяти, а SCSI — для жестких дисков. Набор команд более компактный и поддерживает почти неограниченную глубину очереди, которая использует преимущества параллельной природы флеш-накопителей (максимальная глубина очереди 64 КБ, для отдельных очередей до 64 КБ). В очередях команды отправки и завершения объединены для большей эффективности.

Протокол упрощает обмен данными, устраняя необходимость в контроллере ввода-вывода между процессором сервера и флэш-накопителями. Контроллеры хранилища освобождаются для выполнения задач, не связанных с управлением вводом-выводом, а встроенная память DRAM не нуждается в хранении данных приложений. Он также идеально подходит для систем хранения следующего поколения, известных как Stor­age Class Mem­o­ry (SCM). SCM, который обещает быть во много раз быстрее, чем современные флэш-накопители, вряд ли будет использовать протоколы SCSI, поскольку NVMe подходит гораздо лучше.

Так как для хранения данных были разработаны ранее протоколы FCoE, идея NVMe не нова. Протокол используется в так называемой «серверной флеш-памяти» уже несколько лет. Как правило, многие серверы поддерживают установку флэш-карты NVMe на шине PCIe на сервере. Это используется для приложений, требующих чрезвычайно короткого времени отклика. Одним из примеров — флэш-трейдинг, который является разновидностью высокочастотной торговли, где даже задержка в несколько микросекунд может означать разницу между хорошей сделкой и посредственной. Но флеш-память на стороне сервера имеет ограниченный набор сценариев использования из-за ее относительно небольшой емкости и невозможности совместного использования ресурсов хранения в сети для повышения эффективности и защиты данных.

NVMe широко поддерживается почти во всех операционных системах, и поставщики всей экосистемы внешнего хранилища сейчас работают над тем, чтобы сделать возможным сквозное внедрение NVMe. Сюда входят производители драйверов, адаптеров главной шины, сетевых адаптеров, флэш-накопителей и контроллеров хранилищ. В настоящее время идет процесс разработки всех компонентов и обеспечения их работы так, как клиенты ожидают от своих корпоративных приложений. Многие из этих проблем развития будут решены в ближайшее время, но сохранятся некоторые фундаментальные различия между тем, как будет работать хранилище NVMe, и работой традиционных систем SAN, к которым пользователи очень привыкли. Эти различия будут ощущаться в таких службах данных, как моментальные снимки, репликация, сокращение данных и защита RAID. Кроме того, ограничения шины PCIe повлияют на работу масштабируемости. Тщательное планирование того, как и где использовать NVMe, будет иметь решающее значение, потому что возникнет компромисс между NVMe и хранилищем на основе SCSI.

Какие преимущества у NVMe?

NVMe – это прежде всего производительность. В зависимости от того, какой набор сравнений тестов вы рассматриваете, массивы all-flash (AFA) с NVMe могут обеспечить во много раз больше операций ввода-вывода в секунду при произвольном чтении и записи и гораздо большую пропускную способность для последовательных операций чтения и записи чем AFA текущего поколения. NVMe также имеет гораздо меньшую задержку, чем SAS, поэтому время ожидания для завершения операции намного меньше. Преимущество задержки — это то, от чего выиграет почти каждый пользователь. Не многим пользователям когда-либо понадобятся миллионы операций ввода-вывода в секунду, но большинству понравится молниеносное время отклика, которое остается неизменным даже при заполнении емкости системы.

В правильной архитектуре производительность NVMe имеет большую линейную масштабируемость. Если вам нужно больше производительности, добавьте диск. Он также способен поддерживать большую плотность виртуальных машин. Также больше приложений можно объединить в одной системе благодаря более высокому потолку производительности. Но правильная архитектура и дизайн необходимы, чтобы воспользоваться преимуществами масштабируемости и консолидации производительности. Сегодняшние AFA с двумя контроллерами или ограниченным горизонтальным масштабированием быстро заполнятся, если будет установлено всего несколько накопителей NVMe.

Наконец, диски NVMe будут потреблять меньше энергии на одно устройство, чем диски SAS, благодаря расширенному управлению питанием, которое имеет больше состояний, чем доступно для флэш-накопителей SAS.

Какие варианты использования СХД с NVMe принесут наибольшую пользу?

Любое приложение, требующее высокого уровня производительности, выиграет от хранилища NVMe. Ожидается, что основными вариантами использования для первоначального развертывания NVMe будут:

• Высокопроизводительные вычисления. Примеры включают в себя такие проекты, как исследования в области климатологии, моделирование взаимодействия лекарств и добыча биткоинов, для которых требуются большие объемы вычислительных ресурсов с доступом к данным с очень малыми задержками;
• Аналитика в реальном времени. Все больше сфер жизни требует анализа данных в реальном времени. Например, для обнаружения мошенничества, связанного с группой транзакций. Аналитика в реальном времени также является основой будущих приложений искусственного интеллекта и машинного обучения, которые будут созданы в результате развертывания интернета вещей. Эти приложения выиграют от высокой скорости чтения операций ввода-вывода, которую может обеспечить хранилище NVMe;
• Обработка крупномасштабных транзакций. Интернет-магазинам, крупным финансовым учреждениям и государственным службам может потребоваться обрабатывать тысячи транзакций в секунду. В этих сферах с интенсивной записью предпочтительным решением станет хранилище NVMe.

Почему NVMe так важен для бизнеса?

Корпоративные системы, как правило, испытывают нехватку данных. Экспоненциальный рост объемов данных и требований со стороны новых приложений может привести к остановке SSD. Даже твердотельные накопители с высокой производительностью, которые подключены к старым протоколам хранения, будут показывать более низкую производительность, более значительные задержки и низкий уровень обслуживания, при столкновении с некоторыми из новых проблем Fast Data. Уникальные функции NVMe способны помочь избежать узких мест для всего, от традиционных масштабируемых приложений баз данных до новых архитектур периферийных вычислений и масштабирования, чтобы удовлетворить новые требования к обработке и хранению данных.

NVMe, специально созданный для высокопроизводительных и энергонезависимых носителей данных, является единственным протоколом, который выделяется среди требовательных и ресурсоемких корпоративных и облачных экосистем данных.